Teach with space ROVER LUNAIRE - Construction d'un rover alimenté par l'énergie solaire
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primary | PR36
teach with space
ROVER LUNAIRE
Construction d’un rover alimenté par l’énergie solaire
Guide pour l’enseignant et fiches de travail pour les élèves
En bref page 3
Résumé des activités page 4
Introduction page 5
Activité 1 : Alimentation électrique
d’un rover lunaire page 6
Activité 2 : Construction d’un rover
alimenté par l’énergie solaire page 8
Feuilles de travail pour les élèves page 9
Liens page 13
Annexe page 13
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ROVER LUNAIRE
Construction d’un rover alimenté par l’énergie solaire
En bref Résumé
Domaines : sciences, physique, activités Dans le cadre de cette activité, les élèves com-
manuelles pareront les avantages et les inconvénients
des sources d’énergie renouvelables et non
Tranche d’âge : 8 – 14 ans renouvelables et ils étudieront également des
Type : activité pour les élèves circuits électriques simples. Se plaçant dans le
contexte de la Lune, les élèves construiront un
Difficulté : moyenne rover lunaire miniature alimenté par l’énergie
solaire comprenant un petit moteur électrique
Temps nécessaire pour la leçon : 1 heure 30 min. et une cellule photovoltaïque. Ils identifieront
Coûts : faibles (0-10 euros) également les principales caractéristiques
que leur rover devra posséder pour aller sur
Lieu : salle de classe. Les tests devraient la Lune et ils amélioreront la conception de
être effectués à l’extérieur par une journée leur rover initial.
ensoleillée.
Mots-clés : Lune, exploration, rover, énergie
solaire, sources d’énergie renouvelables
Objectifs pédagogiques
• Identifier les types de sources d’énergie renouvelables et comprendre leurs avantages et leurs
inconvénients.
• Identifier l’énergie solaire comme l’une des meilleures options pour alimenter en énergie
un rover lunaire.
• Apprendre à connaître les conditions environnementales régnant sur la Lune.
• Établir des schémas de circuits électriques simples.
• Construire un rover simple et y incorporer une cellule photovoltaïque et un moteur.
• Améliorer l’aptitude des élèves à travailler en groupe et leur pensée créative.
• Apprendre quels sont les buts poursuivis avec les rovers lunaires dans l’exploration lunaire.
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Résumé des activités
activité titre description résultats exigences durée
Alimentation Les écoliers cit- Les écoliers Aucune 30 minutes
électrique eront différentes devraient
d’un rover sources d’énergie comprendre
lunaire. et identifieront les l’importance de
avantages et les disposer de dif-
inconvénients de férentes sources
leur utilisation. d’énergie en des
lieux différents.
1 Les élèves étudi-
eront également
si elles pourraient
Les écoliers
être utilisées sur
devraient être en
la Lune.
mesure de dessiner
des schémas de
circuits électriques
simples.
Construc- Construction du Comprendre de Il est recom- 60 minutes
tion d’un rover sur la base quelle manière in- mandé d’avoir
rover lunaire des instructions corporer un circuit mené à terme
alimenté et avec le matériel électrique dans l’activité 1
par l’énergie mis à disposition. une maquette de
solaire. rover.
Test du rover
et recherche
2 de la manière
Reconnaître que les
d’améliorer ses
conditions envi-
performances.
ronnementales à la
surface de la Lune
sont différentes
des conditions
rencontrées sur
la Terre.
4
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Introduction
Dans l’exploration spatiale, l’un des traits les plus marquants des satellites est le gigantisme de leurs
panneaux solaires. Pour voyager dans notre Système solaire, les satellites et les rovers ont besoin
d’énergie et le Soleil se révèle être une source d’énergie bien pratique.
L’énergie solaire est une ressource renouvelable qui se reconstitue de manière naturelle sur une durée
relativement courte (en l’espace d’une vie humaine) et qui ne pollue pas. Elle présente également
l’avantage de n’exiger que peu de maintenance ou de surveillance et ses coûts d’exploitation sont bas.
La Lune sera l’une des prochaines destinations pour les missions d’exploration de l’Agence spatiale
européenne ! On travaille actuellement au développement de véhicules spéciaux qui parcourront la
surface de la Lune pour effectuer des expériences scientifiques et prélever des échantillons.
Figure 1
Canadian Space Agency
↑ Ce prototype de rover doit entrer dans une carrière ressemblant à un site lunaire pour y recueillir des échantillons.
L’image est une visualisation du test en réalité virtuelle.
Dans cette activité, les élèves rechercheront quelles sources d’énergie pourraient être utilisées sur
la Lune et ils construiront leur propre rover lunaire alimenté par l’énergie solaire.
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Activité 1 : Alimentation électrique d’un rover lunaire
Dans cette activité, les élèves apprendront quels sont les avantages et les inconvénients des sources
d’énergie renouvelables. Ils apprendront à connaître l’environnement lunaire et réfléchiront à la
meilleure source d’énergie pour un rover lunaire. Les élèves dessineront également des schémas de
circuits électriques simples.
Équipement
• Feuille de travail imprimée pour chaque groupe d’élèves
• Stylo/crayon
Exercice
Dans cette activité, les élèves devront établir le lien entre les conditions environnementales de dif-
férents lieux et la possibilité d’emploi de différentes sources d’énergie renouvelables.
Pour accomplir l’activité, les élèves nécessitent des informations préalables sur les sources d’énergie
renouvelables et non renouvelables, cette activité peut être utilisée comme conclusion pour ce
thème. Autrement, débutez l’exercice en donnant aux écoliers des informations générales sur les
sources d’énergie renouvelables et non renouvelables.
Remettez la feuille de travail à chaque groupe d’élèves et demandez aux élèves de répondre aux
questions 1 à 4. Les élèves devraient présenter leurs résultats à toute la classe. Suivant les réponses
données à la question 4, la classe devrait dresser une liste générale des avantages et des inconvé-
nients de l’emploi de sources d’énergie renouvelables.
Mettez l’accent sur quelques-unes des informations générales relatives à l’environnement lunaire
qui sont présentées sur la feuille de travail. Demandez aux élèves de compléter les questions 5 à
7. À la question 7, les élèves peuvent avoir différentes idées pour ce qui est de savoir quelle source
d’énergie est la meilleure, ils devraient s’apercevoir que la source d’énergie parfaite n’existe pas.
Aux questions 8 et 9, les élèves devront dessiner les schémas de circuits électriques simples en série,
suivant leurs connaissances préalables en électricité, ces questions peuvent nécessiter une entrée en
matière. Ces questions peuvent être complétées par l’assemblage pratique des circuits électriques.
Le circuit électrique que les élèves dessineront à la question 9 sera implémenté dans la construction
du rover lunaire dans l’activité 2.
Résultats
1. a) solaire, b) éolienne, c) biomasse, d) géothermique,
2. Les sources d’énergie renouvelables comprennent :
• eau, l’électricité hydraulique peut être obtenue avec des barrages hydrauliques sur des rivières
et des réservoirs, par conversion de l’énergie des marées et par le captage de l’énergie des vagues
de l’océan ;
• énergie de l’hydrogène.
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3. Les sources d’énergie non renouvelables comprennent :
• les carburants fossiles comme le gaz naturel, le pétrole et le charbon ;
• l’énergie nucléaire.
4. Exemples d’avantages et d’inconvénients des sources d’énergie renouvelables.
Avantages Inconvénients
• naturelles/non-polluantes • frais initiaux d’installation élevés
• durables • dépendance du lieu/de la météo
• infinies - reconstitution rapide • non disponible en permanence, il faut donc
• sûres pouvoir stocker l’énergie
• nécessitent moins d’entretien/supervision • peuvent encore engendrer de la pollution
• coûts d’exploitation bas • peuvent gêner la vie animale (par ex. éoliennes,
barrages hydroélectriques)
5. Sans aucune atmosphère ni eau liquide, nous ne pouvons pas utiliser le vent, les marées, les
vagues ou les barrages hydroélectriques. Les élèves peuvent également mentionner la biomasse
puisque dans ces conditions aucune vie ne peut exister.
6. Énergie solaire - vous serez toujours en mesure d’utiliser l’énergie solaire pendant qu’il fait jour.
7. Sur la Lune, un rover pourrait être alimenté par l’énergie solaire, mais il ne pourrait fonctionner
que pendant la période où il fait jour. Le rover devrait emporter de grandes batteries pour stocker
l’énergie produite ou disposer d’une source d’énergie d’appoint comme par exemple une source
d’énergie nucléaire, comme c’est le cas par exemple avec Curiosity, le rover que la NASA a envoyé
sur Mars.
8. Le schéma du circuit devrait être le suivant : Batterie
Fil électrique
Interrupteur (ouvert)
Ampoule
9. Circuit électrique comprenant un moteur et une cellule photovoltaïque :
Lumière
Moteur
Cellule photovoltaïque
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A ctivité 2 : Construction d’un rover alimenté
par l’énergie solaire
Dans cette activité, les écoliers construiront un rover alimenté par l’énergie solaire en employant
une cellule photovoltaïque, un moteur et du matériel de bricolage.
Équipement • 1 élastique
• 1 petite boîte en carton (par ex. d’aliments ou de
• Feuille de travail pour élève imprimée pour chaque boissons)
groupe • 2 baguettes en bois
• Annexe imprimée pour chaque groupe • Carton épais
• 1 cellule photovoltaïque – une cellule de 5V ou de • 1 bouchon de liège
2V est recommandée • 1 paille
• 1 moteur – recommandation : moteur à courant • 1 marqueur
continu de 3V ou 1,5V pour une cellule photovol-
• 1 cutter
taïque de 2V
• Colle chaude
• 2 fils électriques
• Ruban adhésif double face (optionnel)
• 4 bouchons de bouteille en plastique ou 4 grandes
roues pour une voiture jouet • Matériel de bricolage supplémentaire pour la dé-
coration supplémentaire du rover
Exercice
Les élèves devraient travailler en groupes de 2 ou 3 pour construire leur rover lunaire.
Remettez à chaque groupe le matériel nécessaire et les instructions détaillées pour la construction
du rover jointes en annexe. Suivant leur âge, il faudra peut-être aider les élèves à utiliser le cutter
et la colle chaude.
Lorsque la construction du rover est terminée, demandez aux élèves de tester leur rover. Les tests
devraient être effectués en extérieur par une journée ensoleillée, sinon on pourra s’aider d’une
lampe puissante.
Les élèves devraient noter ce qui fonctionne bien et ce qu’il faudrait améliorer. Les élèves devraient
répondre à la question 4 de la feuille de travail et discuter les améliorations à apporter au rover
pour qu’il puisse fonctionner dans l’environnement lunaire. Ils peuvent également comparer leurs
rovers avec ceux des autres groupes et discuter la manière dont tous peuvent être améliorés pour
fonctionner sur la Lune.
Résultats Discussion
Les performances des rovers dépendront Discutez avec les élèves de l’aptitude de leurs
de la source lumineuse (de l’intensité de rovers à circuler sur la surface lunaire. Les rovers
l’ensoleillement) et de la qualité de leur réali- sont-ils capables de parcourir de longues dis-
sation. tances ? Les élèves pourraient être encouragés à
Les problèmes les plus courants sont : tester leurs rovers sur différents types de surfaces
• ensoleillement insuffisant, (sable, petites pierres, grandes pierres). Les roues
• cellule photovoltaïque inadaptée pour comptent parmi les principaux composants d’un
l’alimentation du moteur, rover, les élèves peuvent proposer un matériau
• mauvaise connexion des fils à la cellule pho- d’un type différent pour que le rover se déplace
tovoltaïque, mieux sur différents types de terrains.
• élastique insuffisamment tendu, Les élèves pourraient également tester leurs
• l’élastique saute des roues si la gorge sur leur rovers avec différents niveaux d’illumination.
circonférence n’est pas assez profonde. Afin de s’inspirer, les élèves peuvent également
étudier les fonctionnalités des rovers envoyés sur
d’autres planètes comme le rover ExoMars de
l’ESA et proposer des missions scientifiques
à effectuer avec leurs rovers lunaires.
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teach with space - moon rover | PR36
FEUILLES DE TRAVAIL ÉLÈVES
ROVER LUNAIRE
Construction d’un rover alimenté par l’énergie solaire
A ctivité 1 : Alimentation électrique
d’un rover lunaire
1. Pouvez-vous nommer les sources d’énergie renouvelables montrées dans les photos ci-après ?
a) b)
c) d)
2. Quelles autres sources d’énergie renouvelables connaissez-vous encore ?
3. Citez 2 sources d’énergie non renouvelables.
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teach with space - moon rover | PR36
FEUILLES DE TRAVAIL ÉLÈVES
4. Citez quatre avantages et quatre inconvénients des sources d’énergie renouvelables par rapport
aux sources d’énergie non renouvelables.
Avantages Inconvénients
• •
• •
• •
• •
Le saviez-vous ?
L’environnement lunaire est très différent de celui de la Terre.
La surface de la Lune est très rocailleuse et couverte d’une couche
de poussière sombre très fine, semblable à du sable, qu’on appelle
régolithe. Le jour et la nuit aussi sont très différents sur la Lune.
Une journée sur la Lune dure presque aussi longtemps qu’un mois
sur Terre. Cela signifie que sur la Lune il fait jour pendant 15 jours
terrestres de suite et nuit pendant les 15 jours terrestres suivants.
5. La Lune ne possède ni atmosphère, ni air, eau liquide, océans ou encore rivières. Face à cette situ-
ation, quelles sources renouvelables ne pourra-t-on pas utiliser ?
6. Il n’y a aucun nuage sur la Lune. Quelle source renouvelable cela favorise-t-il ? Expliquez pourquoi.
7. Un rover permettrait à des astronautes d’explorer un nouvel environnement avec une plus
grande mobilité et en sécurité. Des équipements comme les foreuses et les caméras peuvent être
transportés en toute sécurité sur des distances plus étendues. Quelle est la meilleure manière
d’alimenter en énergie un rover lunaire ? Expliquez pourquoi.
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teach with space - moon rover | PR36FEUILLES DE TRAVAIL ÉLÈVES
8. Pour qu’il puisse fonctionner, un rover a besoin d’électricité. Dans le cadre ci-dessous, dessinez un
circuit électrique simple comprenant : une batterie, une ampoule électrique et un interrupteur.
9. Imaginez maintenant que vous construisez un rover lunaire alimenté en électricité d’origine
solaire. Pouvez-vous dessiner le schéma du circuit électrique nécessaire ?
Incluez dans votre circuit :
• 1 cellule photovoltaïque (qui transforme la lumière du Soleil en électricité)
• 1 moteur (qui animera les roues)
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teach with space - moon rover | PR36FEUILLES DE TRAVAIL ÉLÈVES
A ctivité 2 : Construction d’un rover lunaire alimenté
par l’énergie solaire
Le saviez-vous ?
Un rover lunaire devra être conçu pour se déplacer sur un ter-
rain rocailleux incertain couvert de régolithe et avec des pentes
inconnues. Le rover devrait être équipé de roues spécialement
conçues pour affronter ces situations sans aucun problème.
Il devra également transporter des instruments scientifiques
comme des caméras et des foreuses pour prélever des échantil-
lons. Le rover devrait aussi être autonome et posséder de l’énergie
pour couvrir de longues distances.
1. Vérifiez la liste des équipements et confirmez que vous avez tout le matériel nécessaire pour
construire votre rover lunaire.
2. Construisez votre rover lunaire en suivant les instructions données par votre professeur. N’oubliez
pas d’y incorporer le circuit électrique que vous avez dessiné dans l’Activité 1.
3. Si le temps est ensoleillé, emportez votre rover à l’extérieur de la salle de classe et testez ses per-
formances. À l’issue de votre premier test, énumérez trois de ses fonctions que vous changeriez
pour améliorer ses performances sur la Lune. Expliquez pourquoi.
a)
b)
c)
4. Appliquez à votre rover les changements que vous avez suggérés ! Faites la comparaison avec les
rovers de vos camarades. Lequel serait le rover lunaire idéal ?
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teach with space - moon rover | PR36LIENS
Ressources de l’ESA
Moon Camp Challenge
esa.int/Education/Moon_Camp
Animations sur l’exploration lunaire
esa.int/Education/Moon_Camp/Working_on_the_Moon
Ressources de l’ESA pour l’éducation scolaire
esa.int/Education/Classroom_resources
ESA Kids
esa.int/kids
Projets spatiaux de l’ESA
Applications de l’ESA pour l’exploration planétaire
esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Automation_and_Robotics/Applications_
for_Planetary_Exploration
Animation de l’ESA au sujet de concepts de futurs robots lunaires
esa.int/Our_Activities/Human_and_Robotic_Exploration/Exploration/Landing_on_the_Moon_and_
returning_home_Heracles
Informations additionnelles
Déplacement sur la surface de la Lune
https://lunarexploration.esa.int/#/explore/technology/228?ha=299
Développement d’énergie renouvelable
esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Benefiting_Our_Economy/Renewable_energy_devel-
opment
Se familiariser avec les énergies renouvelables
esa.int/Our_Activities/Preparing_for_the_Future/Space_for_Earth/Energy/Putting_renewable_en-
ergy_on_the_map
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teach with space - moon rover | PR36A nnexe : Construire un rover alimenté
par l’énergie solaire
Équipement
• 1 cellule photovoltaïque
• 1 moteur
• 2 fils électriques
• 4 roues
• 1 élastique
• 1 petite boîte en carton
• 2 baguettes en bois
• Carton épais
• 1 bouchon de liège
• 1 paille
• 1 marqueur
• 1 cutter
• Colle chaude
• Ruban adhésif double face (optionnel)
Instructions pour la construction du rover solaire
Coupez la paille en deux parties
Figure A1 Figure A2
égales (Figure A1). Ce seront les
axes des roues du rover. Collez les 2
moitiés de paille sur la même face
de la boîte en carton avec de la colle
chaude (Figure A2). Utilisez le plus
grand côté de la boîte pour que le
rover soit plus stable.
Coupez les baguettes en bois à
Figure A3 Figure A4
la longueur désirée. Assurez-vous
que les deux baguettes sont assez
longues pour que les roues puissent
être fixées sur le côté à une distance
minimum de 1 cm du rover (Figure
A3). Insérez chaque baguette dans
une moitié de paille collée au rover
(Figure A4).
14
teach with space - moon rover | PR36Avec le cutter, découpez une roue
Figure A5 Figure A6
dans le carton épais (Figure A5).
Taillez une petite gorge au milieu
de la circonférence du disque en
carton. C’est dans cette gorge que
prendra place l’élastique qui devra
tourner sans sauter (Figure A6). Ce
sera la roue motrice du rover. Elle
sera reliée plus tard au moteur.
Collez la roue en carton sur le
Figure A7 Figure A8
dessus de l’un des bouchons de
bouteille, percez un trou au cen-
tre des deux pièces et collez-les
à la colle chaude à l’extrémité de
l’un des axes en bois (Figure A7).
Fixez les trois autres bouchons en
plastique aux extrémités restantes
des deux axes en veillant à ce qu’ils
soient orientés dans le même sens
et qu’ils soient tous à la même dis-
tance du rover (Figure A8).
Coupez dans le bouchon de liège
Figure A9 Figure A10
un petit disque de 8 mm env. de
diamètre et de 1 cm env. d’épaisseur.
Grattez/poncez la circonférence
du disque (Figure A9) pour que
l’élastique vienne s’y loger en étant
tendu (Figure A12).
L’implantation du moteur est l’une des étapes les plus importantes de cette activité. De cette opé-
ration dépend la qualité de fonctionnement du rover (Figure A10). Pour repérer l’endroit où fixer
le moteur, placez l’élastique autour de la roue motrice et tirez-le sur le côté de la boîte jusqu’à ce
qu’il soit entièrement tendu. Marquez l’emplacement sur le côté du véhicule en traçant un « X » et
percez-y un trou dans le carton (Figure A8).
15
teach with space - moon rover | PR36Collez le moteur à l’intérieur de la boîte en carton, là où vous venez de percez le trou (Figure A10),
en faisant en sorte que l’arbre reste à l’extérieur comme montré sur la Figure A11. Connectez deux
fils électriques au moteur (à moins que le moteur ne possède déjà ces deux fils de raccordement).
Fixez le disque en liège sur l’arbre Figure A11 Figure A12
du moteur. Assurez-vous que
l’élastique soit tendu entre le disque
en liège et la roue motrice (Figure
A12). Percez un trou ou plusieurs sur
le dessus de la boîte pour faire res-
sortir les fils électriques du moteur.
Connectez les fils électriques du
Figure A13 Figure A14
moteur à la cellule photovoltaïque
(Figure A13), le circuit électrique
devrait ressembler à celui que vous
avez dessiné dans l’Activité 1, ques-
tion 9.
Collez la cellule photovoltaïque sur
le dessus du véhicule (Figure A14).
Option - si nécessaire, aidez-vous
d’un morceau de carton épais et
de ruban adhésif double face pour
renforcer la liaison.
Votre rover lunaire est maintenant prêt pour affronter ses premiers tests. Profitez d’une journée
ensoleillée pour tester le rover alimenté par l’énergie solaire en plein air. Si le rover se déplace en
arrière, inversez les fils électriques aux pôles de raccordement de la cellule photovoltaïque.
16
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